JP2003074019A - 柱脚構造及び耐震補強方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】橋脚を大断面とせずとも耐震性を向上させる。 【構成】本発明に係る柱脚構造１１は、一対の斜材１
２，１２をＲＣ柱２の脚部両側方に方杖状に配置してあ
る。ここで、斜材１２は、履歴減衰特性を有する極軟鋼
等の履歴減衰材料をロッド材の間に介在させてなり、軸
方向変形に対して履歴減衰を発揮することができるよう
になっている。また、斜材１２は、その一端をフーチン
グ８に他端を該フーチングに立設されたＲＣ柱２にそれ
ぞれピン接合してあり、ＲＣ柱２が地震時水平荷重によ
って振動しているときにも軸力だけが伝達されるように
なっている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、耐震性が要求され
る柱脚構造、特に道路、鉄道等に供される高架橋の橋脚
に適用される柱脚構造及び耐震補強方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】道路、鉄道等の橋梁には、河川、海峡等
を横断する狭義の橋梁のほかに市街地において連続的に
建設される、いわゆる高架橋がある。かかる高架橋は、
効率的な土地利用の観点から、道路上、鉄道上あるいは
河川上の空間に連続して建設されるものであり、道路と
道路あるいは道路と鉄道とが平面で交差する場合にそれ
らのいずれかを高架橋とすることにより、交通渋滞を解
消することも可能となる。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】かかる高架橋を構築す
るにあたっては、鉄筋コンクリート（ＲＣ）からなる橋
脚で下部構造を構築するのが一般的であるが、最近で
は、ＲＣとダンパーブレースとを組み合わせた下部構造
が研究開発されており、耐震性を向上させることができ
るという点で今後多いに期待されているものである。

【０００４】一方、ＲＣだけで構成する従来型の下部構
造の場合、ダンパーブレースを併用した場合よりも降伏
剛性が低くなり、地震時の応答変位が大きくなる傾向に
ある。

【０００５】そのため、橋脚断面を大きくして応答変位
を抑えるとともに終局耐力を大きくする必要が生じ、そ
の結果、橋脚自体はもちろんのこと、該橋脚を支持する
フーチング、さらには該フーチングに作用する鉛直荷重
を支持層まで伝達する杭などの規模が大きくなり、高架
橋の下部構造を構築するにあたってコスト高となるのを
余儀なくされていた。

【０００６】本発明は、上述した事情を考慮してなされ
たもので、橋脚を大断面とせずとも耐震性を向上させる
ことが可能な柱脚構造を提供することを目的とする。

【０００７】また、本発明は、既設のコンクリート柱の
耐震性を向上させることが可能な耐震補強方法を提供す
ることを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明に係る柱脚構造は請求項１に記載したよう
に、履歴減衰特性を有する斜材をその一端がフーチング
に他端が該フーチングに立設されたコンクリート柱にそ
れぞれ接合されるように前記コンクリート柱の脚部側方
に方杖状に配置したものである。

【０００９】また、本発明に係る耐震補強方法は請求項
２に記載したように、履歴減衰特性を有する斜材をその
一端がフーチングに他端が該フーチングに立設されたコ
ンクリート柱にそれぞれ接合されるように前記コンクリ
ート柱の脚部側方に方杖状に配置するものである。

【００１０】本発明に係る柱脚構造においては、履歴減
衰特性を有する斜材をコンクリート柱の脚部側方に方杖
状に配置してある。

【００１１】このようにすると、柱脚構造全体の復元力
特性は、斜材の剛性が加わる分だけ、コンクリート柱だ
けの場合よりも初期剛性が大きくなり、入力地震に対す
る応答変位が低減する。

【００１２】また、斜材の履歴減衰特性による減衰作用
により、入力地震に対する応答変位はさらに抑制される
とともに、柱脚構造に生じる部材力も低減する。

【００１３】したがって、設計上要求される許容変位及
び許容応力度が同じである場合、コンクリート柱の断面
を小さくすることができる。すなわち、コンクリート柱
の断面を小さくすると、その分、コンクリート柱の剛性
及び降伏強度が小さくなるが、剛性の低減分については
斜材で補うことができるとともに、降伏強度が小さくな
っても、上述したように斜材による履歴減衰特性の減衰
作用により、入力地震動によって生じる部材力自体が低
減するため、そもそもコンクリート柱に従来と同様の降
伏強度をもたせる必要がなくなる。また、斜材の履歴減
衰作用により、コンクリート柱の振動も速やかに収斂す
る。

【００１４】また、本発明に係る耐震補強方法において
は、履歴減衰特性を有する斜材を既設のコンクリート柱
の脚部側方に方杖状に配置する。

【００１５】このようにすると、柱脚構造全体の復元力
特性は、斜材の剛性が加わる分だけ、コンクリート柱だ
けの場合よりも初期剛性が大きくなり、入力地震に対す
る応答変位が低減する。

【００１６】また、斜材の履歴減衰特性による減衰作用
により、入力地震に対する応答変位はさらに抑制される
とともに、柱脚構造に生じる部材力も低減する。

【００１７】したがって、同じ規模の地震波が入力した
場合、斜材を設けたことによって剛性が高くなる分だ
け、既設のコンクリート柱に生じる応答変位は大幅に減
少するとともに、斜材によって履歴減衰特性が発揮され
る分だけ、既設のコンクリート柱の応答変位がさらに抑
制されるとともに、該コンクリート柱の振動もすみやか
に収斂する。

【００１８】斜材は、一端がフーチングに他端が該フー
チングに立設されたコンクリート柱に接合されていれば
よく、接合形式については、剛接合、ピン接合など、任
意の接合形式を選択すればよい。

【００１９】また、斜材は、コンクリート柱の脚部側方
に方杖状に配置されていればよく、コンクリート柱の周
囲にいくつ配置するかは任意である。すなわち、単体の
斜材をコンクリート柱の脚部側方に配置するほか、例え
ば互いに背中合わせとなるように対でコンクリート柱の
脚部両側方に配置してもよいし、かかる一対の斜材を別
の直交構面に別途配置するようにしてもよいし、所望の
角度ごとにコンクリート柱の側方周囲に複数配置するよ
うにしてもよい。特に、ラーメン架構を構成する一対の
コンクリート柱の脚部に設ける場合には、単体の斜材を
ラーメン架構の外側位置又は内側位置に配置され全体と
して対称となるように各コンクリート柱に配置すること
が考えられる。

【００２０】コンクリート柱は、コンクリートを主体と
して構成された柱という意味であって、ＲＣ柱はもちろ
んのこと、鋼管内にコンクリートが充填されたいわゆる
ＣＦＴ柱やＰＣ柱をも含む概念である。

【００２１】斜材は、履歴減衰特性を有するものであれ
ばいかなる構造のものでもよく、例えば極軟鋼やスリッ
ト入り薄鋼板を軸方向変形に対して履歴減衰を発揮する
ように斜材の中間位置に設けたり、同様の材料を曲げ変
形に対して履歴減衰を発揮するように斜材の中間位置に
設けたり、やはり同様の材料をせん断変形に対して履歴
減衰を発揮するように斜材のコンクリート柱側端部に設
けたりすることが考えられる。

【００２２】なお、本発明の柱脚構造及び耐震補強方法
は、主として高架橋の下部構造に適用することを想定し
ているが、かかる用途に限定されるものではなく、建築
土木を問わず、あらゆる柱脚に適用することができるこ
とは言うまでもない。

【００２３】

【発明の実施の形態】以下、本発明に係る柱脚構造及び
耐震補強方法の実施の形態について、添付図面を参照し
て説明する。なお、従来技術と実質的に同一の部品等に
ついては同一の符号を付してその説明を省略する。

【００２４】（第１実施形態）

【００２５】本実施形態に係る柱脚構造は高架橋の下部
構造に適用したものであって、図１は、該下部構造を橋
軸方向から見た正面図である。同図でわかるように、本
実施形態に係る柱脚構造１１は、一対の斜材１２，１２
を背中合わせとなるようにＲＣ柱２の脚部両側方に方杖
状に配置してある。

【００２６】なお、ＲＣ柱２は、互いに対向する位置に
て立設された一対のＲＣ柱２，２となるよう、杭７を打
ち込んだ上でその上に設けられたフーチング８にそれぞ
れ立設してあり、該ＲＣ柱の頂部に架け渡された梁３と
ともに高架橋の下部構造であるＲＣラーメン架構４を構
成している。

【００２７】ここで、斜材１２は図２の詳細図に示すよ
うに、履歴減衰特性を有する極軟鋼等の履歴減衰材料１
３をロッド材１４，１４の間に介在させてなり、軸方向
変形に対して履歴減衰を発揮することができるようにな
っている。

【００２８】また、斜材１２は、その一端をフーチング
８に他端を該フーチングに立設されたＲＣ柱２にそれぞ
れピン接合してあり、ＲＣ柱２が地震時水平荷重によっ
て振動しているときにも軸力だけが伝達されるようにな
っている。

【００２９】本実施形態に係る柱脚構造１１において
は、履歴減衰特性を有する一対の斜材１２，１２をＲＣ
柱２の脚部両側方に方杖状に配置してある。

【００３０】このようにすると、柱脚構造全体の復元力
特性は、斜材１２の剛性が加わる分だけ、ＲＣ柱２だけ
の場合よりも初期剛性が大きくなり、入力地震に対する
応答変位が低減する。

【００３１】また、斜材１２の履歴減衰特性による減衰
作用により、入力地震に対する応答変位はさらに抑制さ
れるとともに、柱脚構造１１に生じる部材力も低減す
る。

【００３２】図３(a)、(b)は、柱脚構造１１の復元力特
性及びＲＣ柱２だけで構成された従来の柱脚構造におけ
る復元力特性をそれぞれ示したものであり、図４(a)、
(b)は、中小地震が入力した場合のそれぞれの履歴性状
を、図５(a)、(b)は大地震が入力した場合のそれぞれの
履歴性状を示した図である。

【００３３】なお、柱脚構造１１は、最終強度とそのと
きの水平変位とを従来の柱脚構造と一致させてあり、Ｒ
Ｃ柱２は、斜材１２によって増加する剛性及び強度の分
だけ、その断面を低減させてある。

【００３４】これらの図でわかるように、中小地震の場
合（図４）、従来の柱脚構造では、ＲＣ柱が弾性範囲に
とどまるため、履歴減衰は全く期待することができず、
そのため、水平応答変位はδ₂まで進行するとともに、
それに伴って応答部材力もＨ₂と大きくなる。

【００３５】それに対し、本実施形態の柱脚構造１１で
は、斜材１２による履歴減衰が発揮されるため、水平応
答変位はδ₁に、応答部材力はＨ₁にそれぞれ抑制され
る。

【００３６】また、大地震の場合（図５）、従来の柱脚
構造では、ＲＣ柱が塑性化して履歴減衰が若干期待でき
るものの、水平応答変位はδ₂′と非常に大きくなると
ともに、それに伴って応答部材力も終局強度Ｈとなる。

【００３７】それに対し、本実施形態の柱脚構造１１で
は、斜材１２による履歴減衰が発揮されるため、水平応
答変位はδ₁′に、応答部材力はＨ₁′にそれぞれ抑制さ
れる。

【００３８】以上説明したように、本実施形態に係る柱
脚構造１１によれば、斜材１２による履歴減衰作用によ
り、地震時応答変位及び地震時応答部材力を従来よりも
大幅に低減させることができる。

【００３９】また、斜材１２に水平剛性を負担させるこ
とができるため、ＲＣ柱２の断面を小さくすることが可
能となり、ＲＣ柱２の規模、ひいてはフーチング８や杭
７の規模を小さくすることが可能となり、例えばかかる
柱脚構造１１を高架橋の下部構造に適用したならば、該
下部構造の構築コストを大幅に低減することが可能とな
る。

【００４０】本実施形態では、履歴減衰特性を有する極
軟鋼等の履歴減衰材料１３をロッド材１４，１４の間に
介在させてなる斜材１２で本発明の斜材を構成したが、
これに代えて図６に示す斜材を用いるようにしてもよ
い。

【００４１】ここで、図６(a)に示す斜材１２ａは、実
施形態と同様、履歴減衰特性を有する極軟鋼等の履歴減
衰材料１３をロッド材１４，１４の間に介在させてなる
が、該履歴減衰材料は、曲げ変形に対して履歴減衰を発
揮するように構成してある。

【００４２】図６(b)に示す斜材１２ｂは、ロッド材１
４の柱接合端に極軟鋼等の履歴減衰材料１３を介在させ
てなり、該履歴減衰材料をせん断変形に対して履歴減衰
を発揮するように構成してある。

【００４３】また、本実施形態では、斜材１２をフーチ
ング８とＲＣ柱２にピン接合するようにしたが、斜材の
接合形式はピン接合に限定されるものではなく、これに
代えて剛接合としてもかまわない。

【００４４】また、本実施形態では、一対の斜材１２，
１２をＲＣ柱２の脚部両側方に背中合わせとなるように
配置したが、必ずしも対で配置する必要はなく、単体の
斜材１２をＲＣ柱２の脚部側方に配置するようにしても
よいし、ＲＣ柱２を取り囲むように複数配置してもかま
わない。

【００４５】図７は、単体の斜材１２をＲＣラーメン架
構４の外側位置にくるように各ＲＣ柱２に方杖状に配置
してなる柱脚構造１１ａを示したものであり、図８は、
同じく単体の斜材１２をＲＣラーメン架構４の内側位置
にくるように各ＲＣ柱２に方杖状に配置してなる柱脚構
造１１ｂを示したものである。

【００４６】かかる構成において、前者、すなわちＲＣ
ラーメン架構４の外側位置にくるように単体の斜材１２
を配置した場合には、該ＲＣラーメン架構４の内側を道
路や線路などのスペースとして利用する場合に適してお
り、後者、すなわちＲＣラーメン架構４の内側位置にく
るように単体の斜材１２を配置した場合には、ＲＣラー
メン架構４の外側が道路や河川に隣接している場合に適
する。

【００４７】（第２実施形態）

【００４８】次に、第２実施形態に係る耐震補強方法に
ついて説明する。なお、第１実施形態と実質的に同一の
部品等については同一の符号を付してその説明を省略す
る。

【００４９】本実施形態に係る耐震補強方法において
は、一対の斜材１２，１２をそれらの一端がフーチング
８に他端が該フーチングに立設されたコンクリート柱で
ある既設のＲＣ柱２にそれぞれピン接合されるように該
ＲＣ柱の脚部両側方に方杖状に配置する（図１参照）。

【００５０】このようにすると、柱脚構造全体の復元力
特性は、斜材１２の剛性が加わる分だけ、ＲＣ柱２だけ
の場合よりも初期剛性が大きくなり、入力地震に対する
応答変位が低減する。

【００５１】また、斜材１２の履歴減衰特性による減衰
作用により、入力地震に対する応答変位はさらに抑制さ
れるとともに、柱脚構造に生じる部材力も低減する。

【００５２】以上説明したように、本実施形態に係る耐
震補強方法によれば、同じ規模の地震波が入力した場
合、一対の斜材１２，１２を設けたことによって剛性が
高くなる分だけ、既設のＲＣ柱２に生じる応答変位は大
幅に減少するとともに、一対の斜材１２，１２によって
履歴減衰特性が発揮される分だけ、既設のＲＣ柱２の応
答変位がさらに抑制されるとともに、応答部材力も低減
する。また、ＲＣ柱２の振動もすみやかに収斂させるこ
とができる。

【００５３】本実施形態では、履歴減衰特性を有する極
軟鋼等の履歴減衰材料１３をロッド材１４，１４の間に
介在させてなる斜材１２で本発明の斜材を構成したが、
第１実施形態と同様、これに代えて図６に示す斜材を用
いるようにしてもよい。

【００５４】また、本実施形態では、斜材１２をフーチ
ング８とＲＣ柱２にピン接合するようにしたが、第１実
施形態と同様、やはりピン接合に代えて剛接合としても
かまわない。

【００５５】斜材１２の配置数あるいは配置形態につい
ても第１実施形態と同様であり、必ずしも対で配置する
必要はなく、単体の斜材１２をＲＣ柱２の脚部側方に配
置するようにしてもよいし、ＲＣ柱２を取り囲むように
複数配置してもかまわない。

【００５６】

【発明の効果】以上述べたように、本発明に係る柱脚構
造及び耐震補強方法によれば、斜材による履歴減衰作用
により、地震時応答変位及び地震時応答部材力を従来よ
りも大幅に低減させることができる。また、斜材に水平
剛性を負担させることができるため、コンクリート柱の
断面を小さくすることが可能となり、コンクリート柱の
規模、ひいてはフーチングや杭の規模を小さくすること
が可能となり、例えばかかる柱脚構造を高架橋の下部構
造に適用したならば、該下部構造の構築コストを大幅に
低減することが可能となる。

【００５７】

【図面の簡単な説明】

【図１】本実施形態に係る柱脚構造が適用される高架橋
の下部構造を橋軸方向から見た正面図。

【図２】本実施形態に係る柱脚構造の詳細図。

【図３】本実施形態に係る柱脚構造の作用を示した図。

【図４】同じく本実施形態に係る柱脚構造の作用を示し
た図。

【図５】同じく本実施形態に係る柱脚構造の作用を示し
た図。

【図６】変形例に係る斜材の詳細図。

【図７】変形例に係る柱脚構造が適用される高架橋の下
部構造を橋軸方向から見た正面図。

【図８】別の変形例に係る柱脚構造が適用される高架橋
の下部構造を橋軸方向から見た正面図。

【符号の説明】

２ ＲＣ柱（コンクリート
柱） ８ フーチング １１、１１ａ、１１ｂ 柱脚構造 １２、１２ａ、１２ｂ 斜材

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 履歴減衰特性を有する斜材をその一端が
   フーチングに他端が該フーチングに立設されたコンクリ
   ート柱にそれぞれ接合されるように前記コンクリート柱
   の脚部側方に方杖状に配置したことを特徴とする柱脚構
   造。
2. 【請求項２】 履歴減衰特性を有する斜材をその一端が
   フーチングに他端が該フーチングに立設されたコンクリ
   ート柱にそれぞれ接合されるように前記コンクリート柱
   の脚部側方に方杖状に配置することを特徴とする耐震補
   強方法。